熱力學基礎_2

1、大學物理學電子教案,武警學院教學課件,循環(huán)過程與卡諾循環(huán),6－5 理想氣體的等溫過程和絕熱過程等溫過程絕熱過程絕熱線和等溫線6－6 循環(huán)過程 卡諾循環(huán)循環(huán)過程卡諾循環(huán),,復 習,熱學的研究對象及其分類氣體物態(tài)參量平衡態(tài)與準靜態(tài)過程理想氣體的物態(tài)方程,功,熱量,內(nèi)能,熱力學第一定律,熱力學第一定律在理想氣體的等體和等壓過程的應用,摩爾熱容,6－5 理想氣體的等溫過程和絕熱過程,一、等溫過程,特點：理想氣體的

2、溫度保持不變，T=const過程曲線：在PV圖上是一條雙曲線，叫等溫線。過程方程：,內(nèi)能、功和熱量的變化,,系統(tǒng)從外界吸收的熱量，全部用來對外作功。,二、絕熱過程,1、絕熱過程,特點：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程，Q=0。,內(nèi)能和功的變化,特征：在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界所作的功是由于系統(tǒng)內(nèi)能的減少來完成的。,2、絕熱方程,推導：對絕熱過程，由熱力學第一定律,對于理想氣體,,考慮,將上式與理想氣體的狀態(tài)方程結(jié)合即可得另外兩式。,

3、,絕熱過程計算功的方法將絕熱方程 代入 得,三、絕熱線和等溫線,絕熱線,等溫線,斜率,斜率,因為 ? =CP,m/CV,m?1，所以絕熱線比等溫線更陡,四、多方過程,實際上，氣體所進行的過程，常常既不是等溫又不是絕熱的，而是介于兩者之間，可表示為 PVn =常量 （n為多方指數(shù)）凡滿足上式的過程稱為多方過程。 n =1 —— 等溫過程

4、n =? —— 絕熱過程 n= 0 —— 等壓過程 n =? —— 等容過程一般情況1? n ? ?，多方過程可近似代表氣體內(nèi)進行的實際過程。,多方過程的功,吸收熱量,多方過程內(nèi)能的變化,在熱機中被用來吸收熱量并對外作功的物質(zhì)叫工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)。工質(zhì)往往經(jīng)歷著循環(huán)過程，即經(jīng)歷一系列變化又回到初始狀態(tài)。,2、特點：若循環(huán)的每一階段都是準靜態(tài)過程，則此循環(huán)可用P-V圖上的一條閉合曲線表示。工質(zhì)在整個

5、循環(huán)過程中對外作 的凈功等于曲線所包圍的面積。系統(tǒng)經(jīng)過一個循環(huán)以后，系統(tǒng)的內(nèi)能沒有變化,6－6 循環(huán)過程 卡諾循環(huán),一、循環(huán)過程,1、定義：系統(tǒng)經(jīng)過一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來狀態(tài)的過程叫作熱力學系統(tǒng)的循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。,沿順時針方向進行的循環(huán)稱為正循環(huán)。沿逆時針方向進行的循環(huán)稱為逆循環(huán)。,二、熱機和制冷機,1、循環(huán)過程的分類,2、熱機,工作物質(zhì)作正循環(huán)的機器，稱為熱機，它是把熱量持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為功的機器。,正循環(huán)的特征

6、：一定質(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過程中要從高溫熱源吸熱Q1，對外作凈功W，又向低溫熱源放出熱量Q2。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。工質(zhì)經(jīng)一循環(huán) W= Q1-Q2,熱機效率或循環(huán)效率：表示熱機的效能,逆循環(huán)的特征：制冷機經(jīng)歷一個逆循環(huán)后，由于外界對它作功，可以把熱量由低溫熱源傳遞到高溫熱源。在一個循環(huán)中，外界作功W，從低溫熱源吸收熱量Q2，向高溫熱源放出熱量Q1。并且工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。,制冷系數(shù)：

7、表示制冷機的效能,3、制冷機,工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機器，稱為制冷機，它是把熱量從低溫熱源抽到高溫熱源的機器。,三、卡諾循環(huán),法國工程師、熱力學的創(chuàng)始人之一。 他創(chuàng)造性地用“理想實驗”的思維方法，提出了最簡單、但有重要理論意義的熱機循環(huán)——卡諾循環(huán)，創(chuàng)造了一部理想的熱機——卡諾熱機。1824年卡諾提出了對熱機設計具有普遍指導意義的卡諾定理，指出了提高熱機效率的有效途徑，揭示了熱力學的不可逆性，被后人認為是熱力學第二定律的先驅(qū)。,,概念：卡

8、諾循環(huán)過程由四個準靜態(tài)過程組成，其中兩個是等溫過程和兩個是絕熱過程組成?？ㄖZ循環(huán)是一種理想化的模型。,分類正循環(huán)——卡諾熱機逆循環(huán)——卡諾制冷機,1、卡諾循環(huán),A?B：等溫膨脹過程，體積由V1膨脹到V2，內(nèi)能沒有變化，系統(tǒng)從高溫熱源T1吸收的熱量全部用來對外作功,B?C：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，系統(tǒng)不吸收熱量，對外所作的功等于系統(tǒng)減少的內(nèi)能,2、卡諾熱機：正循環(huán),卡諾熱機的四個過程,C?D：等溫壓縮過程：體積由V3壓縮到V4，

9、內(nèi)能變化為零，系統(tǒng)對外界所作的功等于向低溫熱源T2放出的熱量,D?A：絕熱壓縮絕熱壓縮過程：體積由V4變到V1，系統(tǒng)不吸收熱量，外界對系統(tǒng)所作的功等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能。,在一次循環(huán)中，系統(tǒng)對外界所作的凈功為 |W|= Q1-Q2,理想氣體卡諾循環(huán)的效率只與兩熱源的溫度有關,卡諾熱機效率,應用絕熱方程,BC過程,DA過程,兩式比較,卡諾熱機的效率只由高溫熱源和低溫熱源的溫度決定，高溫熱源溫度越高，低溫熱源溫度越低，則循環(huán)效率越高；

10、,說明：,高溫熱源的溫度不可能無限制地提高，低溫熱源的溫度也不可能達到絕對零度，因而熱機的效率總是小于1的，即不可能把從高溫熱源所吸收的熱量全部用來對外界作功。,工質(zhì)把從低溫熱源吸收的熱量和外界對它所作的功以熱量的形式傳給高溫熱源，其結(jié)果可使低溫熱源的溫度更低，達到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機效能越好。用制冷系數(shù)e表示之。,3、卡諾制冷機：逆循環(huán),制冷機的工作原理,制冷系數(shù),,小 結(jié),理想氣體的等溫過程和絕